光的干涉问题

Question

关于托马斯。杨双缝干涉实验的问题

光的干涉实验之所以难以成功是因为很难找到相干光源
几乎所有的资料上面都是这样描述的：
“托马斯。杨利用一个单缝成功的解决了这个问题，
让光线通过单缝衍射就变成了相干光，
再通过双缝就能够清晰的得到干涉图案”
但是到底为什么“光线通过单缝就变成了相干光”？
入射光线本身包含很多不同的频率
那么即使发生单缝衍射后还是包含原来所有频率的光
每一种频率的光在通过双缝后都会发生干涉 产生自己的干涉图案
那么是不是说最后光屏上得到的图案也应该是由很多不同频率光的干涉图案的重叠体？
所以干涉图案的亮条纹本身的宽度就是因为这个原因造成的？
也就是意味这如果能够用纯粹单一频率的光来做双缝干涉实验的话
在光屏上得到的干涉图案中的亮条纹将是一条理论上极细的亮线？

例如假设做实验的时候用红光，但是里面包含两种不同频率的红光A、B，则A光通过实验装置产生A光的干涉图案，B光通过实验装置产生B光的干涉图案，那么最后在光屏上得到的就应该是AB两种光的干涉图案的叠加，由于两种光频率不同，所以产生的亮纹和暗纹的位置也不同，只是说由于同属于红光区间，频率相差不远，所以亮纹和暗纹的位置也相差不远，所以最终得到的亮纹是AB两条亮纹很靠近，暗纹也很靠近的图案，于是呈现的就是亮纹有一定的宽度 暗纹也是一样

否则暗纹为什么会有一定的宽度？

Answer 1

单缝的作用是提供理想光源，理想光源有三种，点源、线源、面源，面源最理想，但是不好实现，线源次之，但是好实现，单缝就可以。单缝的另一个作用是提高相干性，双缝之前如果没有单缝，假设是一个很大的光源的话，干涉是可以的，但是能够干涉的光只能够来自双缝对称处（就是单缝区域），其他区域的光不能干涉，但是可以通过双缝到达光屏形成背景光，使得干涉条纹变淡，而单缝的加入可以让条纹变得清晰。注意，不加单缝是可以看到条纹的。
如果用白光做实验，最后光屏上得到的图案是由很多不同频率光的干涉图案的重叠体，中央条纹是带彩边的白色条纹，其他条纹为彩色带状。
实际实验使用单色光，后面得到的是明暗相间的条纹，而不是你说的极细的亮线
你问“暗纹为什么会有一定的宽度”，这句话本身是错的，什么是暗纹，就是不太亮的地方，暗纹和亮纹没有明显的边界，所以我们不会单独讨论明纹的宽和暗纹的宽，我们只讨论条纹总宽，就是暗纹和明纹宽度之和，

Answer 2

在一般干涉实验中，相干光源既要满足时间相干条件，又要满足空间相干条件，即光源要尽可能小，同时谱线尽可能窄。
杨氏双缝实验解决的是空间相干性问题，并没有重点强调光的单色性，因为当时的限制因素在于光源尺寸问题。如果你留心可以发现，在不使用激光的干涉实验里一般都会有滤光片，它的作用就是使光线接近单色光。
干涉图的明暗相间，是由两束光的相位差决定的，随位置变化，相位差的变化是连续并且相对均匀的，这就必然决定干涉条纹也是连续均匀变化的。所谓条纹宽度是人为定义的一个周期的长度，暗条纹宽度和亮条纹宽度是一样的。

关于亮条纹宽度，你千万别和光栅弄混了，光栅是多光束干涉与单缝衍射的叠加。
有兴趣的话看一看迈克尔逊干涉仪的原理，和杨氏干涉做个对比，体会一下空间相干性和时间相干性的区别。